DE1680098A1

DE1680098A1 - Niveauregelnde,stossdaempfende hydropneumatische Feder,insbesondere fuer Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE1680098A1
Application number: DE19681680098
Authority: DE
Inventors: Colmerauer Paul Jacques
Original assignee: Hoesch AG
Current assignee: Hoesch AG
Priority date: 1967-02-14
Filing date: 1968-01-27
Publication date: 1971-08-26
Also published as: FR1535463A; GB1188453A

Description

Hoesch Äkti enge s el· 3. β chaf t_y 46_ Dortrau nd, Eberharcletraßo 12

Niveauregelnde, stoßdämpfende hydropneumatische Feder, insbesondere für Kraftfahrzeuge

Die Erfindung bezieht sich auf eine niveauregelnde,, stoßdämpfende hydropneumatische Feder, insbesondere für Kraftfahrzeuge* mit einem Zylinder, in welchem ein Kolben hin- und herbewegbar ist, der zwei flüssigkeitsgefüllte Räume variablen Volumens begrenzt, die je mit einem ringförmigen, über eine Trennmembran gasdruckbeaufschlagten Ausgleichsraum in Verbindung stehen*

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Feder der genannten Art zu schaffen, welche die niveauregelung ciutomatisch und selbständig ohne Fremdenergie oder Höhentastvorrichtungen nach zwei Seiten hin durchführt, d.h. auf- und abregelt. Diese Feder kann allein oder zusammen mit einer herkömmlichen Stahlfeder verwandt werden.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kolben zwei federbelastete Ventile bzw«, elastische Lamellen aufweist, die in Abhängigkeit von der Kolbenstellung eine Flüssigkeitsströmung zwischen den vom.Kolben begrenzten Räumen über Kanäle zulassen. Jeder Kolbenseite gegenüber befindet sich ein von der Innenwand des Zylinders geführter RiIKJ, den eine im Zylinder befestigte Feder trägt, deren freie Länge etwa die Hälfte der Zylinderlänge beträgt, wobei entsprechend der Abweichung des Kolbens von seiner Mittellage

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der Ring an der ihm zugewandten Kolbenseite zur Anlage kommt und einen Kanal abdeckt.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist darin zu sehen, daß der Kolben aus zwei Hälften mit einer zwischen ihnen angeordneten Platte besteht, zwei durch Dichtungen festgehaltene, zwei Kanäle verschließende elastische Lamellen auf-' weist und die ganze Anordnung durch zwei Stifte zentriert ist. Vorzugsweise besitzt der Kolben vier ihn a>;ial durchsetzende Stößel, die aus einem zylindrischen Körper bestehen und an jedem Ende einen Kopf aufweisen, unter welchem ein O-Ring vorgesehen ist, wobei die Stößel langer sind als die Kolbenhöhe.

Eine abgewandelte Ausfuhrungsform der erfindungsgcmäßen Feder besteht darin, daß ein Reglerstab dichtend in der mit dem Kolben verbundenen hohlen Kolbenstange geführt ist und zwei radial versetzte Nuten aufweist, die entsprechend der Abweichung des Kolbens von seiner Mittellage je mit einem ihnen zugeordneten Kanal im.Kolben kommunizieren können. Die Druckventile sind stärker vorgespannt als die beiden im Kolben vorgesehenen Ventile ο

Nachstehend ist die Erfindung mit Bezug auf die schematische Zeichnung beispielsweise näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt der erfindungsgemäßen Feder;

Fig. 2 einen Längsschnitt einer abgewandelten Ausführungs-form; ' - -

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Fig« 3 eine Draufsicht auf den Kolben nach Fig. 2; Fig. 4 einen Schnitt, nach der Linie IV·-IV von Fig. 3; Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V von Fig. 3 .-

Wie aus Fig» 1 ersichtlich, besitzt die erfindungsgemäße Feder einen einseitig geschlossenen Zylinder 1, in welchem ein. Kolben 2 gleitet= Die mit dem Kolben 2 verbundene hohle Kolbenstange 3, die auch mit ihm einstückig ausgebildet sein kann, tritt durch eine besondere öffnung aus dem Zylinder 1 heraus. M

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Die benötigten Dichtungen sind auf der Zeichnung dargestellt.

Der Kolben 2 ist in Verlängerung des Kolbenstangenhohlraumes durchbohrt und enthält gleitend einen am Sylinderboden befestigten Reglerstab 4, der sich bis sum gegenüberliegenden Zylinderboden erstreckt- Der Kolben 2 trennt den Sylinderraum in zwei Kammern 5 und 6, welche über die Zylinderwandöffnungen 7 bzw. 8 mit den Behältern 9, 10 in Verbindung stehen„

Die Behälter 9 und 10 liegen ringförmig um den Zylinder 2 und sind durch Guramimembranen 13 in einen Flüsstgkeitsraum 14 ™ und einen Gasraum 15 unterteilt. Auf der Oberfläche des Reglerstabes 4 sind zwei voneinander unabhängige radial versetzte Längsnuten 16, 17 eingelassen; diese gehen von einer Mittelzone des ReglerStabes 4 aus _t und zwar die eine Nut 16 in Richtung der Kammer 5, die andere Hut 17 in Richtung der Kammer 6. Die Bedingungen, welche diece Nuten festlegen, werden weiter unten erläutert.

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Aus Fig. 1 ist ferner ersichtlich_f daß das Ende 18 der Kolbenstange 3 offengelassen v/erden kann, wenn der Reglers tab 4 an seinem-freien Ende entsprechend abgedichtet ist.

Bisher wurde angenommen/ daß der Kolben 2 im Zylinder 1 die bezeichnete Mittellage einnimmt. Es viird nun auch angenommen, daß diese Position der Normallage der mit der erfindungsgemäßen Feder ausgerüsteten Fahrzeugkarosserie entspricht.

Bewegt sich der Kolben 2 im Zylinder l_t z.B. unter dem Einfluß einer zusätzlichen Belastung der Karosserie, so nimmt das Volumen der_s Kanuner 5 ab und dasjenige der Kammer 6 zu. Um den Kolben 2 in seine anfängliche Lage zurückzuführen, muß Flüssigkeit aus der Kammer 6 mit vergrößertem Volumen in die Kammer 5'mit verringertem Volumen befördert-werden. Diesem Zweck dienen entgegengesetzt wirkende Ventile 21, 22 (z.B. federbelastete Kugelventile), welche im Kolben 2 untergebracht sind. Diese beiden entgegengesetzt wirkenden Ventile 21, 22 befinden sich in einem Kanal 23 bzw. 24 dos Kolbens 2„ Die Kanäle 23, 24 münden einerseits in die Zentralöffnung des= Kolbens und andererseits auf eine seiner Oberflächen, in dem betrachteten Fail auf die Seite der Kammer 6.

Das Ventil 21 öffnet in Richtung Kammer 6 nach Kammer 5 und der Kanal 23 mündet gegenüber der Erzeugenden des Regierstabes 4, entlang welcher die in die Kammer 5 mündende Nut. 16 eingelassen ist. Das Ventil 22 öffnet in Richtung Kammer 5 nach Kammer 6 und der Kanal 24 mündet gegenüber der Erzeugenden'des

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Reglerstafccs 4,entlang welcher die sich nach Kammer- 6 hinziehende Nut 17 eingelassen ist»

In der Mähe der Böden des Zylinders 1 befinden sich zwei innere Trennwände 25 und 26, zwischen welchen sich der Kolben 2 bewegt» Der Raum zwischen dem jeweiligen Zylindorboden und der inneren Trennwand 25, 26 steht jeweils über die öffnungen 7 bzw. 8 mit dem Flüssigkeitsraum 14 in Verbindung. In jeder

Trennwand 25, 26 sind zwei entgegengesetzt wirkende Ventile ^

27, 28-vorgesehen« Das eine Ventil 27, das als Ansaiigventil bezeichnet wird, läßt Flüssigkeit in die entsprechende -Kammer 5 baw« 6 eintreten, während das andere Ventil 28, das als Druckventil bezeichnet wird, Flüssigkeit austreten läßt.

Dabei ist die Vorspannung der Federn der Ventile 28 größer als diejenige der Federn der im Kolben 2 untergebrachten Ventile 21, 22.

Zur Erläuterung der Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Feder nach Fig_o 1 wird angenommen, daß der Zylinder 1 an der Karosserie j angebracht und die Kolbenstange 3 mit einer Achse des Fahrzeuges verbunden ist»

Es sei bemerkt, daß die Kolbenoberflächen verschieden groß sind. Wenn daher in den Kammern 5 und 6 der gleiche Druck herrscht, so wird der Kolben 2 nach der unteren Trennwand. gedrängt. 1st der in den Kammern 5 und 6 herrschende Druck jeweils gleich P und wird mit F der Querschnitt der Kolben-

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'stange 3 und mit R der Querschnitt des Reglerstabes 4 bezeichnet, so resultiert daraus eine. Ausschubkraft

Es ist vorteilhaft, die erfindungsgemäße Feder derart zn dimensionieren, daß diese Ausschubkraft der zu tragenden Last entspricht. Kann oder will man diese, Bedingung nicht erfüllen, co ist es selbstverständlich auch möglich, die Feder mit einem anderen Federungselement, beispielsweise einer herkömmlichen Stahlfeder, zusammenwirken zu lassen,

Steigt die Last auf der Feder, so tritt der Zylinder 1 nach unten, und überfährt das Rad ein Hindernis, so steigt der Kolben 2 nach oben* In beiden Füjilen verläßt-der Kolben seine Mittellage und nähert sich dem oberen"Zylinderboden, indem er das Volumen der Kammer 5 verringert und dasjenige der Kammer vergrößert. Diese Bewegung wird gedämpft, da die Flüssigkeit der Kammer 5 nur durch das Druckventil 28 im Boden 25 entweichen kann, welches ihr - entsprechend dimensioniert den gewünschten Widerstand entgegensetzt» Man kann auch auf bekannte Weise in den Trennwänden 25, 26 kleine freie Durch-·' lasse 25a, 26a vorsehen, welche den Anfang und das Ende des Dämpfungsvorganges progressiver gestalten?

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Es wird angenommen, claß die Mittel lage des Kolbens 2, von welcher die Nuten 16 und 17 nach beiden Seiten ausgehen, der Normalstellung der Karosserie entspricht; der Kolben 2 befindet sich also nach zusätzlicher Belastung oberhalb dieser Mittellage» Der Kanal 23 steht alsdann mit der Nut 16 in Verbindung, während der Kanal 24 von der ihm zugeordneten Nut 17 isoliert ist* Die glatte Außenseite' des Reglerstabes 4 wirkt sich als Verschlußorgan des Kanals 24 aus, was auch bei dein Kanal 23 der Fall ist, wenn sich der Kolben 2 in Richtung der Kammer 6 bewegt. Semit ergibt sich, daß diese Verschiußmittel W entsprechend der Mittellage selekt/;iv wirken.

Während der Fahrt des Fahrzeuges schwingt der Kolben 2 unter dem Einfluß der Straßenunebenheiten um eine Durchschnittslage, v;elche. mit der vorstehend definierten Hittollage nicht identisch ist. Steigt der Kolben über diese Durchschnittslage, so verdrängt er Flüssigkeit aus der Kaimuer 5 über das Druckventil 28, während er über das Ansaugventil 27 Flüssigkeit in die Kammer G saugt. Während der umgekehrten Bewegung des Kolbens, solange der Kanal 23 mit der Hut 16 in Verbindung steht _f öffnet ™ die in der Kammer 6 unter Druck stehende Flüssigkeit vorerst das Ventil 21 und tritt in die Kammer 5 über. Es sei hier daran erinnert, daß das Druckventil 28 zu seiner öffnung einen größeren Druck benötigt als das Ventil 21»

Mit anderen Worten und allgemeiner ausgedrück-c: Man wählt die Vorspannung der Druckventile 28 so groß, daß der Druck,

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der sich in der RückflußkammGr (6 oder 5, je nach der Bewegungsrichtung des Kolbens 2) einstellt, höher ist als derjenige, der dann in der Äusflußkammer (5 oder 6) herrscht, erhöht,um den durch das im Kolben 2 angeordnete Durchlaßventil (21 oder 22) hervorgerufenen Widerstand. Dieser Flüssigkeitsübergang erfolgt ohne Fremdenergie aufgrund der Kolbenschwingungen und vollzieht sich im Sinne einer Korrektur, welche den Kolben progressiv in seine Mittellage zurück■-_Ä führt«

Die obige Erklärung, die sich auf eine zusätzliche Belastung besieht, ist bei einer Entlastung ebenso gültig, da die erfindungsgemäße Feder bezüglich ihrer Mittellage symmetrisch arbeitet „ --."-.

Eine Hive axtrege lung findet statt, wenn die beiden Kammern 5,6 über das Ventil 21 (oder 22), den Kanal 23 (oder 24)= und die Nut 16 (oder 17) miteinander in Verbindung treten , können« Diese Verbindung darf nie gleichzeitig über beide P Kanäle hergestellt v/erden. Durch die Festlegung des Ausgangspunktes· der beiden Nuten verfügt man demnach über eine Möglichkeit, den Regelvorgang in beiden Richtungen zu verzögern oder ihn asymmetrisch zu gestalten. Das Einsetzen des Regelvorganges beginnt mit der Verbindung des Kanals 23 mit der Nut 16 oder des Kanals 24 mit der Nut 17„ Ihr Fortbestand muß gesichert bleiben, solange der Kolben 2 von seiner Mittellage entfernt ist, wodurch die Länge der Nuten 16 und 17 bestimmt wird«,

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Fig. 2 stellt eine abgewandelte-Ausführungsform der Erfindung dar, welche unter gewissen Gesichtspunkten vorteilhafter als' diejenige nach Fig. 1 erscheint»

Die inneren Trennwände 25,*26 befinden sich nicht mehr im Zylinder"1, sondern begrenzen Ringräume 9 und 10, enthalten aber iirmer noch die Änsaug- und Druckventile 27 und 28« Der mit Hüten versehene Reglerstab entfällt. Der Kolben 2 ist nicht mehr in Fortsetzung des Kolbenstangenhohlraumes raittig durchbohrt und seine Kolbenstango 3 kann voll sein» Die Kanäle 23, 24 münden beide auf die eine und die andere Kolbenseite„

In jeder Kammer 5, 6 befindet sich ein im Sylinder 1 geführter Ring 29 bzv/„ 30, dessen eine Flachseite sich an die ihm zugewandte Kolbenseite anlegen kann. Eine Feder 31, 32 ist über eine Nut 29a, 30a mit dem Ring 29, 30 verbunden und in ähnlicher Weise im Zylinder befestigt. Die freie Länge jeder Feder 31, 32 entspricht etwa der halben Zylinderlänge» Jeder Ring 29, 30 verschließt bei seinem Aufliegen auf der ihm zugewandten Kolbenoberfläche eine der öffnungen der auf seine Seite mündenden Kanäle 23 bzw» 24. . ..

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ist der Ring 29 der Kammer 5 in der Lage, den Kaneil 24, dessen Ventil 22 Flüssigkeit vom Raum 5 nach dem Raum 6 durchläßt, zu verschließen. Der Ring 3ö meinerseits ist fähig, den Kanal 23, dessen Ventil 21 Flüssigkeit vom Raum 6 nach dem Raum 5 durchläßt, zu■verschließen«

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Befindet sich der Kolben 2 in seiner Mittellage, so liegen die beiden Ringe 29, 30 auf den beiden Kolbenoberflochen auf und verschließen jeweils eine der öffnungen «lor /Kanäle 23, 24.

Wenn sich der Kolben 2 unter dcpi Einfluß einer Lach, beispielsweise nach oben bewegt und dadurch das Volumen der Kammer 5 verringert, so verdrängt er auch den Ring 29 nach oben und drückt dessen Feder 31 zusammen. Dadurch wird die Feder 32 entspannt und nach Erreichen ihrer freien Länge trennt sich der Ring 30 vom Kolben 2 und bleibt unbeweglich im Zylinder 1 stehen. Die bisher verschlossen, gewesene Öffnung des Kanals 23 ist nun frei und erlaubt den Flüssigkcitsübqr-· gang in dem vom Ventil 21 zugelassenen Sinne.

Die selbständige Niveauregelung entspricht derjenigen beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, weshalb an diener Stelle auf eine Wiederholung der diesbezüglichen Erläuterungen verdichtet werden kann.

Die Ringe 29, 30 wirken sich, wie im vorangehenden Beispiel der Reglerstab, als von der Mittcllage abhängige selektive Verschlußorgane aus. Je nachdem sich die Ränge 29,' 30 vom Kolben 2 abheben oder nicht, kann die selbständige niveauregelung stattfinden oder, nicht. Die Betrachtungen bezüglich.dos Ausgangspunktes der Hüten 16, 17 sind hier für die freie Jjänge , _ _t. und die Steifigkeit der Federn 31, 32 gültig.

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Die vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Äusführungsform ist einfacher und weniger aufwendig als diejenige nach Fig. und dieser daher im allgemeinen vorzuziehen.

Die zuletzt beschriebene Variante besitzt jedoch einen Nachteil. Der Augenblick der Trennung der-Ringe 29, 30 vom Kolben 2, d.ho der Augenblick, von den» ab eine selbständige Niveauregelung ir.öglich wird, ist nicht so eindeutig festgelegt, wie dies bei dein mit Nuten 16, 17 versehenen Reglerstab 4 der Fall ist. Der-Grund hierfür liegt in den Federeigenschaften sowie den Adhäsionskräften zwischen den Ringen 29 bzw. 30 und den ihnen zugewandten Kolbenoberflächen_o

Die Fig α 3, 4 und 5 zeigen eine beispielsweise Kolbenausführung nach der Erfindung, derzufolge die Trennung zwischen dem Kolben 2 und jedem der Ringe 29, 30 besser gesichert wird. Insbesondere aus Fig. 5 ist ersichtlich, warum in den Fig. 2 und 4 die Ringe 29, 30 von dem sich in Mittellage befindlichen Kolben 2 leicht abgehoben sind. Die Fig. 3 bis.5 zeigen ein praktisches Ausführungsbeispiel des Kolbens nach Fig. 2, welcher vor allem aus der Schichtung von 3 Teilen, nämlich aus zwei Hälften 46, 48 mit einer zwischen ihnen angeordneten Platte 47, besteht.

In Fig. 4 finden sich die Kanäle 23, 24 in Form von Löchern und Ausnehmungen in den Teilen 46, 47, 48. Die Ventile 21, \;erden durch zwei elastische Lamellen 50,51 gebildet und mittels der Dichtungen 52, 53 festgehalten. Die ganze Anordnung ist

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durch zwei Stifte 54, 55 zentrierte Die beiden Verschlußringe 29, 30 sind ohne Federn in ihrer Normalstellung· gezeigt, d.h.. wenn sich der Kolben 2 in seiner Mittellage befindet, sind sie von den vier über dem Kolben verteilten Stößeln 56 von ihrer jeweiligen Kolbenoberfläche abgehoben.

Die Länge jedes Stößels ist größer als die Höhe des Kolbens 2, den er axial durchsetzt» Ein Stößel 56 besteht aus einem

™ zylindrischen Körper 56a und besitzt vorzugsweise an jedem Ende einen Kopf 56b, unter welchem ein O-Ring 57 für die Abdichtung sorgt, nachdem sich der Stößel in seiner Bohrung frei bewegt hat» In der in Fig. 5 dargestellten Gleichgewichtsstellung , in welcher der Druck der beiden Kammern 5 und 6 der gleiche ist, befinden sich die Stößel 56 in ihrer Mittellage und stützen die beiden Ringe 29, 30 vom Kolben 2 ab, so daß die Kanäle 23., 24 nicht verschlossen sind» Sobald der Kolben 2 diese Position ζ„B..nach oben hin verläßt, wird

fe ' die Feder 31 zusammengedrückt und der Druck in der Kammer 5 steigt, während er in der Kammer 6 abfällt„

Unter diesem Einfluß und bevor sich der Druck in den beiden Kammern 5 und 6 ausgleichen kann, werden die Stößel S6 nach unten geschoben, so daß sich der Ring 29 an den Kolben 2 anbiegen und somit den Kanal 24 verschließen kann. Die Stößelköpfe 56b drücken dann auf ihre Dichtungen 57 unrl die Flüssigkeit kann bei Kolbenbewegungen nur über den Kanal 23 fließen.

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Die vorbeschriebene Idealstellung des Kolbens 2 und der Stößel 56 wird in der Praxis jedoch höchst selten anzutreffen sein. Meist liegt der Kolben etwas außerhalb seiner Mittellage und die Stößel 56 sind infolge des Druckunterschiedes in den Kammern 5, 6 in eine äußere Position gedrückt. Dies verhindert jedoch nicht, daß, wenn der Kolben 2 sich zu bewegen beginnt, der entstehende Drückunterschied und die Wirkung der Federn 31, 32 die Abhebung des einen oder des andejren der Ringe 29, 30 vom Kolben 2 auf die gewünschte Weise hervorruft.

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Claims

1680Ö93 Hoesch Aktiengesellschaft, 46 Dortmund, Eberhardstraße 12

1) Niveauregelnde, stoßdämpfende hydropneumatische Feder, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem .Zylinder, in welchem ein Kolben hin- und herbewegbar ist, der zwei flüssigkeitsgefüllte Räume variablen Volumens begrenzt, die je mit einem ringförmigen, über eine Trennmembran gasdruckbeaufschlagten Ausgleichsraum in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (2) zwei entgegengesetzt wirkende federbelastete Ventile (21, 22) bzw» elastische Lamellen (50, 51) aufweist, die in Abhängig- = keit von der Kolbenstellung eine Flüssigkeitsströmung zwischen den Räumen (5, 6) über die Kanäle (23 oder 24) zulassen.

2) Feder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich jeder Kolbenseite gegenüber ein von der Innenwand des Zylinders (1) geführter Ring (29 bzw. 30) befindet, den eine im Zylinder befestigte Feder (31 bzw. 32) trägt, deren freie Länge etwa die Hälfte der Zylinderlänge beträgt, wobei entsprechend der Abweichung des Kolbens (1) von seiner Mittellage der Ring (29 oder 30} an der ihm zugewandten Kolbenseite zur Anlage kommt und den Kanal (24 oder 23) abdeckt»

3) Feder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (2) aus zwei Hälften (46, 48) mit einer zwischen ihnen angeordneten Platte (47) besteht, zwei durch Dichtungen (52, 53) festgehaltene, ₌die Kanäle (23, 24) verschließende

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elastische Lamellen (50, 51) aufweist und die ganze

Anordnung durch zwei Stifte (54, 55) zentriert ist.

4) Feder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (2) vier ihn axial durchsetzende Stößel (56) besitzt, die aus einem zylindrischen Körper -(56a) bestehen und an jedem Ende einen Kopf (56b) aufweisen, unter welchem ein O-Ring (57) vorgesehen ist, und die Stößel (56) langer sind als die Kolbenhöhe..

5) Feder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Reglerstab (4) dichtend in der mit dem Kolben (2) verbundenen hohlen Kolbenstange (3) geführt ist und radial versetzte Nuten (16, 17) aufweist,die entsprechend der Abweichung des Kolbens (2) von seiner Mittellage mit den Kanälen (23 bzw. 24) kommunizieren.

6) Feder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckventile (28) stärker vorgespannt sind als die Ventile (21, 22).

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